1前言

    用戶經(jīng)常會(huì)遇到如何將DSP與標(biāo)準(zhǔn)總線聯(lián)系起來的問題，并需要開發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)總線的應(yīng)用模板。在工控機(jī)的機(jī)箱里使用背板總線，現(xiàn)在一般都是基于VME或CPCI的應(yīng)用開發(fā)。由于其眾多的功能、強(qiáng)大的兼容性、并行性和高可靠性,VME總線一直應(yīng)用于多種DSP系統(tǒng)中。雖然現(xiàn)在PCI總線及其擴(kuò)展規(guī)范CPCI總線逐漸被設(shè)計(jì)者接受，但相對(duì)于PCI(CPCI)總線，VMEbus一直居主導(dǎo)地位，更是由于其PCI總線所不能及的特點(diǎn)，如VME總線系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性，在1個(gè)VME系統(tǒng)機(jī)箱內(nèi)可以容納多達(dá)21塊應(yīng)用模板。所以對(duì)于設(shè)計(jì)多DSP板時(shí)，VME總線也是挺好的選擇。

    作為用戶開發(fā)基于VMEbus的應(yīng)用模塊來說，必須根據(jù)特定的要求考慮如何與VMEbus接口的問題。一般來說，用戶可以采用公司的現(xiàn)成IC，它們的功能比較全面。國外兩個(gè)主要的提供VMEbus到計(jì)算機(jī)界面的芯片廠商是Cypress和TundraSemiconductor。Cypress公司的VIC068A是較早推出的VME總線橋控制器，功能全面，具有完全的主模塊/從模塊功能，也可以當(dāng)作系統(tǒng)控制器。VIC64與VIC068A功能與引腳都兼容，只是增加了對(duì)VME64規(guī)范的支持。另外，由于VIC068A系列接口芯片的局部總線是為Motorola公司的68K系列微處理器設(shè)計(jì)的，對(duì)于與68K處理器總線不兼容的其它類型處理器來說，使用VIC068A需要完成與該類型處理器總線的接口轉(zhuǎn)換。Tundra公司的UniverseSCV64是1個(gè)通用的單芯片的總線橋控制芯片，可以與多種局部處理器類型使用，但是也要外部邏輯完成與局部總線接口之間轉(zhuǎn)換。

　　2 VIC068A的原理和引腳排列

    VIC068A具有全面的接口功能，即能進(jìn)行A32、A24、D32、D16、D8主模塊和從模塊標(biāo)準(zhǔn)傳輸和塊傳輸，有5種總線釋放模式，支持寫自檢過程、自定義的AM碼以及自定義的總線定時(shí)等其它功能。它的塊傳輸操作可以在借助適當(dāng)?shù)耐獠侩娐非闆r下，實(shí)現(xiàn)長度大于256字節(jié)的塊傳輸，同時(shí)具有雙通道特性。VIC068A在上電的時(shí)候如果檢測(cè)到SCON引腳為低有效時(shí)，就會(huì)被選擇充當(dāng)系統(tǒng)控制器，完成總線仲裁、總線定時(shí)、中斷和中斷管理、IACK菊花鏈驅(qū)動(dòng)、SYSCLK驅(qū)動(dòng)等功能，如果想使能/關(guān)閉系統(tǒng)控制器功能，是用大于4.7kΩ的上拉/下拉電阻器。

    VIC068A的復(fù)位方式有：（1）內(nèi)部復(fù)位，這是通常的復(fù)位，對(duì)選擇的寄存器和內(nèi)部邏輯復(fù)位；（2）系統(tǒng)復(fù)位，是通過VME背板復(fù)位，VIC068A可以通過寫配置寄存器產(chǎn)生1個(gè)SYSRESET信號(hào)；（3）全局復(fù)位，復(fù)位所有的配置寄存器，常被用作上電復(fù)位。

    給出VIC068A的引腳排列。

    下面是與VIC068A數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系比較密切的信號(hào)引腳的介紹。

    MWB，CS：MWB為局部功能模塊如DSP發(fā)出的需要VMEbus請(qǐng)求。CS為局部總線寫VIC068A內(nèi)部寄存器的片選。設(shè)計(jì)者可以利用不同的地址譯碼來選擇MWB和CS，以區(qū)分此次操作時(shí)對(duì)VME總線操作還是對(duì)VIC068A操作。

    LBR，LBG：是局部總線請(qǐng)求和允許信號(hào)。

    PAS，DS，R/W：PAS是局部總線地址選通，DS是局部數(shù)據(jù)選通，R/W是局部數(shù)據(jù)方向指示。

    DSACK1,0：局部數(shù)據(jù)位寬確認(rèn)信號(hào)。與VMEbus的DS有些類似，VIC068A在從模塊傳輸，從塊傳輸或DMA傳輸時(shí)接受DSACK之一輸入，確認(rèn)此周期結(jié)束，在主模塊操作時(shí)輸出此信號(hào)向局部總線確認(rèn)VMEbusmastertransfer結(jié)束。并且這個(gè)信號(hào)還和WORD，SIZ1,0信號(hào)一起用來指示此次數(shù)據(jù)的位寬。

    一組緩沖器控制信號(hào)。LADI，LAEN，LADO，ABEN為輸入局部地址鎖存、使能和輸出VMEbus地址鎖存、使能。LEDI，DENIN，LEDO，DENO分別為輸入的VMEbus數(shù)據(jù)鎖存、使能和輸出的VMEbus鎖存、使能。對(duì)于簡單應(yīng)用（如只是單周期傳輸），圖2給出外部鎖存/緩沖器與VIC068A之間的典型連接。

    其它的引腳功能如LBERR，F(xiàn)C2，F(xiàn)C1，BLT，DEDLK等可以查看Cypress手冊(cè)，更具體的資料可以與作者聯(lián)系。

　　3 VIC068A的主模塊和從模塊操作

　　3．1主模塊標(biāo)準(zhǔn)傳輸操作

    當(dāng)局部總線（局部主處理器）使得MWB低有效時(shí)，緊接著PAS也有效時(shí)就發(fā)出單個(gè)數(shù)據(jù)或塊傳輸請(qǐng)求；VIC068A收到這兩個(gè)信號(hào)有效后，如果VIC068A不是當(dāng)前VMEbusmaster，就申請(qǐng)VMEbus訪問，當(dāng)滿足AS自上1個(gè)周期后無效、DTACK和BERR無效、BGiIN收到為低、合適的延時(shí)過后，就得到開始數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂茩?quán)。

    首先VIC068A驅(qū)動(dòng)D[7..0]緩沖到VMEbus，并使DENO有效，來使剩下的數(shù)據(jù)線緩沖有效；與此同時(shí)，VIC068A也使能A[7..0]和ABEN，驅(qū)動(dòng)剩下的VMEbus地址線。VIC068A也驅(qū)動(dòng)總線控制信號(hào)線如AM，WRITE，LWORD，這時(shí)VIC068A確保內(nèi)部的地址建立時(shí)間過去后，使AS有效，此后VIC068A鎖存局部總線數(shù)據(jù)LA[7..0]以及使LADO有效，鎖存LA[31..8]。在AS啟動(dòng)有效后，VIC068A啟動(dòng)1個(gè)DSi的內(nèi)部時(shí)延，在這個(gè)時(shí)間里，主處理器應(yīng)該將要送的數(shù)據(jù)放到局部總線上，同時(shí)VIC068A會(huì)驅(qū)動(dòng)緩沖數(shù)據(jù)控制線LEDO，來鎖存數(shù)據(jù)到VMEbus上。在這個(gè)時(shí)間過去以后，便根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的大小和排列驅(qū)動(dòng)合適的DSi（i=0,1）有效。直到收到另1塊模板上的從模塊驅(qū)動(dòng)DTACK或BERR有效后，VIC068A便根據(jù)數(shù)據(jù)位寬大小向局部總線驅(qū)動(dòng)DSACKi，即如果WORD信號(hào)輸入為無效（高），VIC068A便認(rèn)為這是個(gè)D32的數(shù)據(jù)傳輸，就使DSACK0,DSACK1同時(shí)有效（低），否則若WORD有效，就認(rèn)可這是個(gè)D16的操作，只驅(qū)動(dòng)DSACK1為低，這與Motorola68K動(dòng)態(tài)總線字長的能力是兼容的。

　 　3．2從模塊標(biāo)準(zhǔn)傳輸操作

    與從模塊操作和配置有關(guān)的VIC068A寄存器有：SS0CR0(bit0－5)、SS0CR1、SS1CR0、SS1CR1、LBTR、AMSR。信號(hào)SLSEL1和SLSEL0是由片外的VMEbus地址譯碼電路輸出的，當(dāng)VIC068A檢測(cè)到在1個(gè)SLSELi為低的有效電平時(shí)，而且AS有效（另一個(gè)主模塊發(fā)出），當(dāng)前周期的Dsi有效，DTACK或BERR撤走，VIC068A就檢查A32/A24/A16和傳輸類型，如果SSiCR0被配置了，并且允許進(jìn)行AMcodes指明的從模塊訪問，則開始從模塊訪問，立刻驅(qū)動(dòng)LBR=0申請(qǐng)局部總線。若VIC068A的配置寄存器不允許特定的訪問（由AMcodes指示），則忽略VMEbus的請(qǐng)求，不會(huì)產(chǎn)生LBR。

    VIC068A發(fā)出LBR后，等待局部總線確認(rèn)，在收到LBG后，就等待3T＋tpd的時(shí)間，然后使能局部總線驅(qū)動(dòng)，再等待T＋tpd就發(fā)出PAS。應(yīng)該保證局部資源在3T＋tpd的時(shí)間內(nèi)釋放總線，否則應(yīng)由邏輯電路來增加延時(shí)。當(dāng)VIC068A開始驅(qū)動(dòng)局部總線時(shí)，同時(shí)也驅(qū)動(dòng)FC2/1來提供當(dāng)前局部總線周期的類型信息。FC2,FC1=00為從模塊傳輸；01為局部DMA塊傳輸；10為標(biāo)準(zhǔn)從模塊訪問。VIC068A在發(fā)出LAEN后，此時(shí)打開地址選通PAS，緊接著數(shù)據(jù)選通DS，一段延時(shí)后，LBR取消，如果收到LBG取消和DSACK有效（變低又變高）后，即完成該次從模塊訪問的讀或?qū)懙木植靠偩€周期。

　　4 VIC068A的塊傳輸操作

    VIC068A的主塊傳輸有兩種方式：MOVEM塊傳輸和局部DMA塊傳輸。MOVEM方式即局部處理器發(fā)動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，占有局部總線控制權(quán)；在DMA方式下，VIC068A為局部總線控制者，并且使用DMA訪問局部資源的數(shù)據(jù)。VMEbus的技術(shù)規(guī)范不允許在既不放棄總線又不切換AS的情況下，進(jìn)行超過256字節(jié)的塊傳輸，即每進(jìn)行256字節(jié)的塊傳輸后必須重新使AS有效，或者重新仲裁總線。VIC068A借助適當(dāng)?shù)耐獠窟壿?，可以?shí)現(xiàn)長度大于256字節(jié)的塊傳輸；也可以在每256字節(jié)的界限后放棄總線，1個(gè)可編程的時(shí)間過后重新仲裁總線，每兩個(gè)子塊傳輸間隔的時(shí)間稱為interleaveperiod（交叉周期），每個(gè)子塊的長度為burstlength（突發(fā)長度）。VIC068A還支持雙通道特性：即在每個(gè)交叉周期內(nèi)可以執(zhí)行單周期的VMEbus總線周期（包括slavecycles），不過需要借助適當(dāng)?shù)耐獠窟壿嫞瑢?shí)現(xiàn)兩通道的地址通道。與主塊傳輸相關(guān)的寄存器有（只支持到D32和D16）：BTCR、BTDR、RCR、BTLRs、DMASR、DMASICR。

　　4．1使用局部DMA的塊傳輸

    首先對(duì)VIC068A的寄存器初始化：在BTLRs中設(shè)傳輸塊的長度，在BTDR中禁止或使能自動(dòng)地址跨界和雙通道特性；在LBTR中設(shè)置局部總線定時(shí)（與PAS，DS定時(shí)有關(guān)）；在BTCR中設(shè)置DMA使能，傳輸方向及交叉周期。此后的MWB有效被視為虛寫周期，即開始?jí)K傳輸功能。

    局部處理器對(duì)VMEbus的虛寫周期里，LA[31..0]上是塊傳輸?shù)哪康牡刂罚琇D[31..0]上是數(shù)據(jù)塊的源地址（板內(nèi)地址），之后是VIC068A與局部總線間的DMA傳送。虛寫周期里，VIC068A將LA[7..0]鎖存到片內(nèi)地址計(jì)數(shù)器，并使能LADO將LA[＋:8]鎖存到VMEbus地址線上。同時(shí)VIC068A也將LD[7..0]鎖存到片內(nèi)局部地址計(jì)數(shù)器，驅(qū)動(dòng)BLT，使LD[31..8]作為局部地址，這需要額外電路（見圖3）。然后驅(qū)動(dòng)DSACKi來結(jié)束局部總線周期，請(qǐng)求VMEbus，發(fā)出BRi=0后，收到BGiIN=0，再發(fā)出LBR申請(qǐng)局部總線。當(dāng)獲得了局部總線控制權(quán)后，VIC068A驅(qū)動(dòng)局部DMA地址到地址總線上。局部DMA地址來自LD[31..8]，外部電路可以利用BLT、LBG、PAS、LAEN和FCi來產(chǎn)生邏輯去驅(qū)動(dòng)高位局部地址線，圖3給出了一個(gè)參考電路。然后VIC068A通過驅(qū)動(dòng)局部地址，以及局部數(shù)據(jù)選通來訪問局部總線的數(shù)據(jù)，局部資源回復(fù)DSACKi來確認(rèn)數(shù)據(jù)已經(jīng)被讀取或?qū)懏叀＞植康刂愤f增時(shí)，數(shù)據(jù)仍保持在總線上。與此同時(shí)VIC068A也驅(qū)動(dòng)AS和切換DS來訪問VMEbus。

    局部總線的256字節(jié)地址越界處理：在BTDR設(shè)置使能，BLT和FCi用來控制外部電路，在將要跨界的局部周期里，BLT將會(huì)來回切換一下，外部計(jì)數(shù)器應(yīng)當(dāng)在BLT的下降沿增加1。用來實(shí)現(xiàn)地址鎖存和跨越的外部電路也能用在實(shí)現(xiàn)雙通道特性時(shí)，在一個(gè)突發(fā)周期后鎖存地址。需要注意的是，在局部處理器的程序中，BLT使能位(BTCR[6])應(yīng)當(dāng)盡可能快地在塊傳輸開始后，將其清除標(biāo)志，沒必要在塊傳輸結(jié)束后才清除。因?yàn)锽TC[6]置位后，任何有效的MWB都會(huì)啟動(dòng)塊傳輸，所以在VMEbus死鎖時(shí)的局部處理器的重試動(dòng)作會(huì)誤觸發(fā)新的塊傳輸，有必要在DMA傳輸時(shí)禁止重試邏輯。

　　4．2OVEM塊傳輸

    首先初始化RCR設(shè)置突發(fā)長度，初始化BTCR設(shè)置塊傳輸及使能位，就啟動(dòng)了傳輸周期。之后的任何MWB配合PAS的有效電平都會(huì)啟動(dòng)MOVENtransfer。當(dāng)BTCR[5]清除后，或BERR為低，或者出現(xiàn)沒有MWB的局部總線周期，都被視為MOVEM塊傳輸終止。在這期間，地址都會(huì)直接送到VMEbus上，沒有鎖存，與正常的單字傳送類似。VIC068A作為從模塊進(jìn)行塊傳輸訪問，可以在SSiCR0設(shè)置：

　?。?）不支持塊傳輸。

　?。?）支持塊傳輸，但在從模塊資源一邊，模仿單字節(jié)傳輸，即每次傳輸時(shí)都切換PAS和DSACKi。

　?。?）以DMA類型的方式支持塊傳輸，PAS和DSACKi在整個(gè)傳輸過程都維持有效不變。

    VIC068A包含1個(gè)與主塊傳輸?shù)牡刂酚?jì)數(shù)器分開的地址計(jì)數(shù)器。這個(gè)計(jì)數(shù)器在塊傳輸開始的時(shí)候，被VMEbus地址初始化并驅(qū)動(dòng)局部總線，然后隨著每次局部確認(rèn)后地址遞增1。根據(jù)VME規(guī)范，從塊傳輸不需支持256地址越界，因?yàn)樵诿看蜛S的下降沿都可以重新鎖存地址。

　　5 VIC068A的中斷處理能力

    VIC068A提供了全面的VMEbus中斷和局部中斷產(chǎn)生和管理的能力，此外，還有狀態(tài)和錯(cuò)誤中斷發(fā)生的能力。中斷模塊（interrupter）負(fù)責(zé)產(chǎn)生VMEbus中斷信號(hào)IRQ[7..0]，寄存器VIRSR的設(shè)置來控制這些中斷的產(chǎn)生和撤銷，VIVBR17設(shè)定每1個(gè)中斷的status/id碼。局部處理器寫相應(yīng)寄存器來通知中斷模塊產(chǎn)生相應(yīng)級(jí)別的中斷。當(dāng)掌管該中斷的中斷管理模塊（handler）啟動(dòng)中斷認(rèn)可周期時(shí)，中斷模塊還負(fù)責(zé)將此中斷的status/id碼放在D[7..0]上。

　　中斷管理模塊的功能有：

　?。?）處理VMEbus中斷;

　?。?）處理來自局部資源的中斷;

　　（3）處理內(nèi)部的錯(cuò)誤/狀態(tài)中斷，其中包括：

——寫過程錯(cuò)誤，總線超時(shí)或傳輸失敗時(shí)有BERR錯(cuò)誤或LBERR錯(cuò)誤時(shí)產(chǎn)生；

——SYSFAIL/ACFAIL的錯(cuò)誤；

——仲裁錯(cuò)誤；

——DMA完成中斷。

    中斷管理模塊在VME中斷請(qǐng)求線組IRQi內(nèi)發(fā)現(xiàn)1個(gè)有效請(qǐng)求（低），就根據(jù)它的IPL級(jí)別驅(qū)動(dòng)IPL2..0。每個(gè)中斷均在VICRi屏蔽和使能，設(shè)置IPL級(jí)別。根據(jù)IPL2..0，如果局部處理器認(rèn)可了1個(gè)局部中斷，就驅(qū)動(dòng)FCIACK信號(hào)。VIC068A發(fā)現(xiàn)FCIACK有效，抽取LA[2..0]上的被認(rèn)可的局部中斷的IPL值，如果匹配，就啟動(dòng)1個(gè)VMEbus中斷認(rèn)可周期，從中斷模塊獲取該中斷的status/id放到LD[7..0]上（也可設(shè)置不需要取status/id的中斷周期）。局部處理器獲取該值，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，這樣就完成了1次中斷處理過程。對(duì)于局部中斷請(qǐng)求和內(nèi)部狀態(tài)/錯(cuò)誤中斷的處理過程，除了VME中斷認(rèn)可周期外，基本差不多。如果有多個(gè)中斷請(qǐng)求同時(shí)發(fā)生，則根據(jù)固定的優(yōu)先順序進(jìn)行中斷處理。

　　6結(jié)束語

    VIC068A是個(gè)全面的總線界面控制器，采用有144引腳和160引腳TQFP，145引腳PGA等封裝形式。Cypress還提供了成本相對(duì)低的VMEbus從接口控制器CY7C960/CY7C961，如果設(shè)計(jì)者只想能夠接受VMEbus的訪問，那么CY7C960/CY7C961也是個(gè)選擇。由于VME的電氣規(guī)范要求的信號(hào)線電流較大，還需要外圍的邏輯電路和驅(qū)動(dòng)電路配合工作（比如總線收發(fā)器，塊傳輸還需外部邏輯，地址鎖存和計(jì)數(shù)器），才能實(shí)現(xiàn)完整的控制器電路。Cypress專門提供的CY7C964就是與VIC068A/VIC64配合完成這樣的功能，它是可以靈活配置的總線界面邏輯電路，包括了8位收發(fā)器，鎖存器，計(jì)數(shù)器等，可以取代圖2中鎖存、緩沖器和外部邏輯PLD。但是也需要3片CY7C964和相應(yīng)開發(fā)工具才能完成，用戶可以對(duì)這兩種方案比較選擇。